Desvelada la evolución de los estilos de vida de los hongos Agaricales para la degradación de biomasa vegetal

Una reciente publicación del grupo de Francisco Javier Ruiz-Dueñas y Ángel T. Martínez en la revista Molecular Biology and Evolution explica la evolución de la variedad de estilos de vida para la degradación de la biomasa vegetal que caracteriza a un importante grupo de hongos saprófitos. El trabajo es el resultado de las investigaciones de un consorcio internacional, liderado por estos investigadores del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC) y José M. Barrasa, de la Universidad de Alcalá.

Durante los últimos años, diferentes estudios "ómicos" han contribuido a entender las dos estrategias utilizadas por los principales hongos que descomponen la madera, pertenecientes al orden Polyporales, para superar la barrera de la lignina y acceder a los polisacáridos vegetales. Sin embargo, han sido muy pocos los estudios sobre los hongos del orden Agaricales, a pesar de su capacidad para crecer sobre una variedad de sustratos lignocelulósicos, entre los que no solo se incluyen diferentes tipos de maderas sino también hojarasca de bosques y praderas y otros más específicos.

Ruiz-Dueñas et al. han abordado el estudio evolutivo de los diferentes estilos de vida en estos hongos mediante el análisis de 52 genomas fúngicos, 14 de ellos secuenciados en este estudio por el Joint Genome Institute del Departamento de Energía de EE. UU.

Confirmada la enorme diversidad de enzimas lignocelulolíticas que poseen los Agaricales, comparados con otros hongos degradadores de lignocelulosa, el estudio ha constatado además que las especies que comparten el mismo estilo de vida también comparten una maquinaria lignocelulolítica, independientemente de las relaciones filogenéticas que puedan existir entre ellas.

A partir de esta información y en base a los datos genómicos, se ha reconstruido computacionalmente la composición del conjunto de enzimas responsables de la degradación de la biomasa vegetal en los ancestros de las especies actuales. Además, utilizando algoritmos de aprendizaje automático se ha predicho el estilo de vida de dichas especies ancestrales en función de la composición de las maquinarias enzimáticas reconstruidas.

El estudio demuestra que los cambios producidos en estas maquinarias durante los últimos 170 millones de años contribuyeron a incrementar la capacidad de las especies ancestrales para crecer sobre diferentes sustratos lignocelulósicos. En este contexto, diferentes enzimas de tipo oxidorreductasa implicadas en la degradación de celulosa y lignina, y muy especialmente las peroxidasas ligninolíticas, aparecen como componentes clave diferenciadores de los distintos estilos de vida, como por otro lado lo demuestra el hecho de su alta tasa evolutiva y la presencia generalizada de nuevos tipos de peroxidasas en Agaricales. De hecho, la evolución de las peroxidasas, analizada mediante reconstrucción de secuencias ancestrales, reveló hasta once rutas evolutivas diferentes que condujeron a la amplia diversidad de estas enzimas en las especies actuales.

Este trabajo amplía muy significativamente nuestro conocimiento sobre la evolución de los hongos degradadores de la biomasa vegetal, unos organismos que juegan un papel clave en el ciclo global del carbono, y que además constituyen herramientas de interés biotecnológico para las biorrefinerías de lignocelulosa con las que se pretende contribuir al desarrollo de una bioeconomía sostenible. Además, este estudio va más allá de los análisis ómicos clásicos, ya que por primera vez se utiliza un enfoque de aprendizaje automático para predecir la ecología de especies ancestrales y reconstruir la historia evolutiva de los estilos de vida relacionados con la degradación de la lignocelulosa en la naturaleza.

Estas investigaciones son el resultado de un proyecto de colaboración del Joint Genome Institute, del Departamento de Energía de Estados Unidos, en el que han participado 12 grupos de diferentes universidades y centros de investigación europeos y estadounidenses, coordinados por los ya mencionados del CIB-CSIC y la UAH.

Referencia: Genomic analysis enlightens Agaricales lifestyle evolution and increasing peroxidase diversity. Ruiz-Dueñas FJ, Barrasa JM, Sánchez-García M, Camarero S, Miyauchi S, Serrano A, Linde D, Babiker R, Drula E, Ayuso-Fernández I, Pacheco R, Padilla G, Ferreira P, Barriuso J, Kellner H, Castanera R, Alfaro M, Ramírez L, Pisabarro AG, Riley R, Kuo A, Amdreopoulos W, LaButti K, Pangilinan J, Tritt A, Lipzen A, He G, Yan M, Ng V, Grigoriev IV, Cullen D, Martin F, Rosso M-N, Henrissat B, Hibbett D, Martínez AT (2020) Mol. Biol. Evol. https://doi.org/10.1093/molbev/msaa301